Устройство для контроля параметров конверторного процесса

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 11 4 1 4 С 21 С 5 30 ВСЕСОИЗч ц ЩЯ 1 ТГ ИСАЫИЕ ИЭОБРЕТЕЫИ Ь" 36ут автомати й, Н.А.Сороки .Церковницкий 8.8)етельство ССС С 5/30, 1971. ельство СССР С 5/30, 1983 идет С 2 ТРОЙСТВО ДКОНВЕРТЕРНОобретениевления кислцессом. Целение скороанне конвер(54) У МЕТРОВ (57) И И КОНТРОЛЯ ГО ПРОЦЕСС относится РА обласертери упр ым пр ородно-кон ь изобрете ти обезугл тора. Суще ается в то определ ния в в изобрет устройс рожи ния заклю чтоов и тво совокумежду ними ностью ло изводит Вычисзе ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Киевский инстиим, ХХЧ съезда КПСС(56) Авторское свидУ 290048, кл. С 21Авторское свМ 1089141, кл. ление скорости обезуглероживания,к 0 (Ч,+Ч,) АР, Г, - 0,536 К ср,где Ч, и Ч - соответственно объемыкессона и подъемного газохода; Р,амплитуда колебаний давления газа вгазоходе; Г, - частота колебанийдавления газа в газоходе; К - коэффициент пропорциональности, определяющий расход подсасываемого в гаэоход воздуха; 0" - разрежение в нижней части кессона. Величина д Р, определяется совокупностью элементов:датчиком 1 давления, усилителем 4,блоком 12 дифференцирования, блоком18 задержки, сумматором 19. Величина 0,536 К б определяется датчиком2 давления, блоком 24 умножения. Величина , определяется датчиком 1давления, усилителем 4, фильтром 5,блоком 6 АРУ, смесителем 7 с гетеродином 8, фильтром 9, усилителем 10,детектором 11. 1 э.п. ф-лы, 2 ил.1 134Изобретение относится к черной металлургии, а именно к управлению кислородно-конвертерным процессом.Цель изобретения - определение скорости обезуглероживания в ванне конвертера.На фиг, 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 - схема логического блока.Устройство (фиг. 1) содержит первый датчик 1 давления, связанный с отборным устройством 2, установленным в гаэоходе 3, соединенный через предварительный усилитель 4, низкочастотный фильтр 5, блок 6 автоматического регулирования усиления со смесителем 7, который также связан с гетеродином 8, Выход смесителя 7 соединен через полосовой фильтр 9, усилитель 10 с детектором 11. Предварительный усилитель 4 соединен через блок 12 дифференцирования с логическим блоком 13 и непосредственно с первым и вторым блоками 14, 15 памяти Второй вход первого блока 14 памяти соединен через первый блок И 16 с первым выходом логического блока 13, а второй вход второго блока 15 памяти соединен через второй блок И 17 с вторым выходом логического блока 13, При этом вторые вмоды первого и второго блоков И 16, 17 соединены через блок 18 задержки с третьим выходом логического блока 13Выходы первого блока 14 памяти и второго блока 15 памяти соединены через первый сумматор 19 с первым блоком 20 умножения, который также связан с детектором 11. Второй датчик 21 давления, связанный с отборным устройством 22, установленным в зазоре между горловиной конвертера 23 и газоходом 3, соединен через второй блок 24 умножения с вторым сумматором 25, второй вход которого связан с выходом первого блока 20 умножения, а выход - с блоком 26 указания. Логический блок 13 (фиг. 2) содержит соединенные между собой двухканальный блок 27 сигнализации и блок 28 сравнения, причем первый и второй выходы блока 27 сигнализации являются соответственно первым и вторым выходами логического блока, а выход блока 28 сравнения - его третьим выходом,В качестве датчиков 1 и 21 давления могут быть применены стандартные измерители давления "СапфирДИ" с 1211усилителями, блоки памяти могут бытьвыполнены на базе устройств выборкии хранения аналоговых сигналов ИС 5КР 1100 СК 2 блоки И и задержки - на1стандартных блоках вычислительнойтехники, остальные блоки могут бытьвыполнены на базе стандартных блоковАКЭСР.Скорость обезуглероживания жидкой ванны характеризуется наличиемпульсации. Пульсационный характерпроцесса обеэуглероживания приводитк изменению давления газов в полостиконвертера, которое передается погазоотводящему тракту.Согласно первому закону термодинамики,З Ц=нц, (1) 20где 3 Ц - количество тепла, сообщенноерабочему телу, Фк;311 - изменение внутренней энергиирабочего тела, Дж.С другой стороны, тепловыделениев системе в течение одного цикла колебаний можно определить какЛ Ц,= -у(2) где ц - удельная теплота сгораниятоплива, Дж/кг (для газообразного при нормальных условиях Дж/м);ч - массовый расход топлива,кг/с;Г - частота колебаний давления 35газа, Гц.Согласно теории классической статистики Максвелла, изменение внутренней энергии газа можно определить 40по формулезТ, (3)2где п 1 - масса газа, кг;- молярная масса газа, кг/моль;45 с учетом колебательных числостепеней свободы движенияодной молекулы газа;ЛТ - изменение температуры газа,К;Б - универсальная газовая посто янная, равная 8314 Дж/кмоль К,Для описания состояния реальныхгазов при низких давлениях и высокихтемпературах, что имеет место в кислородно-конвертерном процессе, мож но использовать уравнение МенделееваКлапейрона:РЧ= - НТ,тп3 1341211 где ЬР - амплитуда колебаний давлениягаза, Па;Ч в . объем газа, мИспользуя соотношения (1)-(4)5 получаем выражение для амплитуды колебаний давления газа: 2 ч ь Р= тЧГ(7) где К - коэффициент пропорциональности, определяющий расходподсасываемого воздуха принормальных условиях в зависимости от разрежения в нижнем сечении кессона,м /(сПа);Р - разрежение в нижнем сечениикессона, Па.Решая выражения (6) и (7) относительно: величины ч , получим: ч =О, 169 10 (Ч+Ч, )Ь Р, , -0,536 КдУстройство работает следующим образом.С момента начала продувки сигнал о давлении газов в гаэоходе 3, воспринимаемый датчиком 1, усиливается в предварительном усилителе 4. Затем сигнал проходит через низкочастотный фильтр 5, который выделяет спектр частот, соответствующих резонансной частоте свободного объема гаэохода. С выхода низкочастотного фильтра сигнал поступает на вход блока 6 автоматического регулирования усилия, на выходе которого получают сигнал по" стоянкой амплитуды с резонансным спектром частот. На смеситель 7 поступает сигнал с выхода блока 6 автоматического регулирования усиления и сигнал, выработанный гетеродином 8. Разность частот этих сигналов проходит через полосовой фильтр 9, усиливается усилителем 1 О и преобразуется частотным детектором 1 в сигнал, пропорк1согде ЬРЬР амплитуды колебаний давления газа в верхней части подъемного газо- хода и парциального давления двуокиси от догорания окиси углерода, Па;объемная доля двуокиси углерода от догорания40 конвертерных газов; удельная теплота сгорания окиси углерода от догорания конвертерных газов при нормальных 45 условиях, - равная 127 к массовый расход углерода ванны или скорость ее обезуглероживания, кг/с;степень окисления углерода до СО в полости конвертера, определяемая как объемная доля окиси 55 углерода в конвертерных газах;с учетом колебательных число степеней свободы 35 с 1 Фсо Чс Тго В кислородно-конвертерном процессе газообраэование по ходу продувки происходит в реторте и газоходе, Длина пути, при котором происходит полное молярное перемешивание конвертер ного газа с подсасываемым воздухом, равна примерно десятикратному диаметру горловины конвертора. Поэтому наиболее достоверная амплитудно-частотная характеристика отходящих газов 20 контролируется в верхней части подьемного газохода.Считая, что во время продувки конвертера выделяются только углерод- содержащие газы СО и СО, выражение (5) можно преобразовать:(6) 30 движения одной молекулы двуокиси углерода,равная 8;Ч, Ч - объемы соответственнокессона и подъемногогазохода, м3.- частота колебаний давления газа в верхнейчасти подъемного гаэохода, Гц.Значениеопределяем как относо,шение значений расхода двуокиси углерода от догорания конвертерных газов к,сумме расходов углеродсодержащих конвертерных газов и подсосанного воздуха, который принимаем пропорциональным разрежению в нижнем сечении кессона:35 зоходе достигает максимального значения. В этот момент сигнал, поступающий с предварительного усилителя4 на блок 12 дифференцирования, достигает максимального значения, а свыхода блока дифференцирования на логический блок 13 поступает сигнал,равный нулю. С третьего выхода логического блока на блок 18 задержкипоступает "единичный" сигнал. При 5 134121 циональный частоте колебаний давления газа в гаэоходе, Сигнал с предварительного усилителя 4 поступает в блок 12 дифференцирования, с выхо 5 да которого - на первый вход первого канала и второй вход второго канала блока 27 сигнализации и на первый вход блока 28 сравнения, При этом на второй вход первого канала и первый вход второго канала блока 27 сигнализации и второй вход блока 28 сравнения подается опорное напряжение, равное нулю (Б). Если сигнал на первом входе одного из каналов блока 27 сигнализации превышает сигнал, подаваемый на его нторой вход, то на выходе канала появляется сигнал, соответствующий единичному" (в противном случае - "нулевому). Таким20 образом, на перном выходе логического блока 13 появляется "единичный сигнал, когда сигнал на его входе выше нуля, и нулевой , если сигнал на входе ниже нуля. На втором вы ходе логического блока 13 "единичный" сигнал появляется, когда сигнал на его входе ниже нуля, и цнулевой", если сигнал на входе выше нуля. "Единичный" сигнал на выходе блока 2830 сравнения (третьем выходе логического блока 13) появляется только при совпадении входного сигнала с нулевым опорным сигналом и через блок 18 задержки поступает на вторые входы первого 16 и второго 17 блоков И. Наличие двух "единичных" сигналов на входах первого блока И 16 позволяет получить единичный" сигнал с его выхода, который подается на второй вход первого блока 14 памяти и разре шает запись сигнала, поступающего от предварительного усилителя 4 на первый вход первого блока 14 памяти. Аналогично наличие "единичных" сигналон на входах второго блока И 17 45 разрешает запись сигнала от преднарительного усилителя 4 во второй блок 15 памяти. Рассмотрим случай, когда величина давления газов н га 1епереходе величины давления через максимальное значение сигнал, поступающий на блок 2 дифференцирования, уменьшается, и с выхода блока дифференцирования на логический блок 13 поступает сигнал ниже нуля, что приводит к появлению "нулевогосигнала на первом выходе логического блока 13 и "единичного" на его втором выходе. Таким образом, спустя время задержки на первый и второй входы первого блока И 16 поступают соответственно "нулевой" и "единичный" сигналы, а на входы второго блока И 17 - "единичные" сигналы, что разрешает зафиксировать во втором блок 15 памяти новое значение, соответствующее максимальному давлению газов в газоходе. Аналогично по достижении величины давления минимального значения "единичные" сигналы появляются на входах первого блока И 16, что позволяет зафиксировать в первом блоке 14 памяти значение, соответствующее минимальному давлению газов в гаэоходе. Напряжение с выходов первого 14 и нторого 15 блоков памяти суммируется в первом сумматоре 19. С выхода последнего напряжение, пропорциональное амплитуде колебаний давления газа в верхней части подьемного газохода, поступает в первый блок 20 умножения, в который также поступает напряжение с детектора 11, пропорциональное частоте колебаний давления отходящих газов. Числоной коэффициент, пропорциональный выражению 0,5 0,169 1 О (Ч +Ч), устанавливается в виде постоянного сомножителя и первом сумматоре 25. Таким образом, напряжение, поступающее на второй сумматор 25, пропорционально выражению 0 169 1 О (Ч +Ч )АР 11. Сигнал о давлении газов на выходе из конвертера с датчика 21 поступает на второй блок 24 умножения, в котором вычисляется произведение О 536 К др, поступающее во второй сумматор 25. Скорость обезуглероживания вычисляется в сумматоре 25 согласно выражений (8 ) и фиксируется блоком 26 указания.П р и м е р. Определение скорости обезуглероживания в 130-тонном конвертере с продувкой кислородом сверху и дожиганием конвертерных газов.Для этой конвертерной установки значение коэффициента пропорциональности К=0,93 м/(с.Па),геометрические7 13412 факторы ранцы Ъ =37 м , 7 =209 м. Значения переменных, измеренных в момент подачи в ванну 501 общего количества кислорода на плавку, в области резонансного колебания газа равны Г, =5 Гц; лР=0,72 1 Па. Величина разрежения в нижнем сечении кессона равна сф =20 Па. После подстановки данных в выражение (8 1 получим:1 О чс 016910 (37+209) Оф 721 О 5 -0,536 0,93 20=4,97 (кг/с).Испытание макета показало, что использование устройства определения скорости обезуглероживания в ванне конвертера позволяет осуществить контроль процесса с более высокой точностью (количество плавок, находящихся в заданных пределах, с первой по- валки возрастает на 5-77), что снижает себестоимость стали и повышает еекачество.Ф о р м у л а изобретения1. Устройство для контроля параметров конвертерного процесса, содержащее последовательно соединенные предварительный усилитель, низкочастотный фильтр, блок автоматического регулирования усиления, соединенный с гетеродином смеситель, полосовой фильтр, усилитель и детектор, блок указания, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью определения скорости обеэуглероживания в ванне конвер 118гера, оно снабжено двумя датчикамидавления, блоком дифференцирования,логическим блоком, блоком задержки,двумя блоками И, двумя блоками памяти, двумя сумматорами и двумя блокамиумножения, причем предварительныйусилитель соединен через блок дифференцирования с логическим блоком инепосредственно с первым и вторымблоками памяти, вторые входы которыхсоединены через первый и второй блоки И соответственно с первым и вторымвыходом логического блока, при этомвторые входы первого и второго блоков И соединены через блок задержкис третьим выходом логического блока,а выходы первого и второго блоков памяти соединены через первый сумматорс первым блоком умножения, второйвход которого соединен с выходом детектора, а выход первого блока умножения соединен с вторым сумматором,второй вход которого через второйблок умножения соединен с вторымдатчиком давления, а выход - с блоком указания, выход первого датчикадавления соединен с предварительнымусилителем,2, Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что отборный элемент первого датчика давления установлен в гаэоходе, а отборный элемент второго датчика давления установлен в зазоре между горловиной конвертера и гаэоходом.134211 р Л.Пилипе ор Закаэ 4402 и от 113 кая роиэводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Составитель А,АбросимовРедактор М,Циткина Техред М.Ходанич Тираж 549 ИИПИ Государственно по делам иэобретени 5, Москва, Ж, Ра Подписиета СССРытийаб д. 4/5